(57)【要約】【課題】汎用の画像読取手段を用いて、比較的安価に位置・傾斜を特定することができる位置・傾斜検出装置及び位置検出方法と傾斜検出方法を得る。【解決手段】太陽光による影３を生成する棒１と、この棒１により生成された影３を画像として読取るイメージセンサ２と、このイメージサンサ２から画像処理を行うイメージ処理部５と、季節、時刻、太陽高度及び緯度・経度の相関情報を蓄積する理科データ部６と、 時刻情報を入手する時計部４、イメージセンサ２、理科データ部６及び時計部４の出力に基づいて位置・傾斜を算出する処理部７とを備える。【選択図】図１
2005121533.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽光による影を生成する影生成手段と、
この影生成手段により生成された前記影を画像として読取る画像読取手段と、
この画像読取手段から画像処理を行う画像処理手段と、
季節、時刻、太陽高度及び緯度・経度の相関情報を蓄積する緯度・経度情報蓄積手段と、
時刻情報を入手する時刻情報手段と、
前記画像読取手段、前記緯度・経度情報手段及び前記時刻情報手段の出力に基づいて位置・傾斜を算出する算出手段と、
を備えたことを特徴とする位置・傾斜検出装置。
【請求項２】
緯度・経度情報蓄積手は、節季による緯度と日南中高度の関係情報並びに基準位置の南中時刻及び前記南中時刻と測定場所の時刻の時間差と経度の関係情報を蓄積することを特徴とする請求項１記載の位置・傾斜検出装置。
【請求項３】
影生成手段は、影を生成することができる棒状部材、板状部材、または、穴を有する板状部材としたことを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載の位置・傾斜検出装置。
【請求項４】
画像読取手段はイメージセンサであることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の位置・傾斜検出装置。
【請求項５】
請求項２〜４のいずれかに記載の位置・傾斜検出装置を用い、画像読取手段を水平にし、影生成手段を前記画像読み取り手段に対して鉛直に設定し、前記影生成手段の影を画像読取手段で読み取り、画像処理手段により前記影が最短となったことき、前記影の長さを求めると同時に、このときの時刻を前記時刻情報手段から読み取り、前記最短の影の長さと前記影生成手段の長さから算出手段により測定場所の日南高度を算出し、前記緯度・経度情報蓄積手段に蓄積された節季による緯度と日南中高度の関係情報から、測定時の節季と前記算出された日南高度に略対応する緯度に基づいて前記測定場所の詳細緯度を前記算出手段により算出し、前記緯度・経度情報蓄積手段に蓄積された、前記基準位置の南中時刻及び前記基準位置の前記南中時刻と前記測定場所の時刻の時間差と経度の関係情報から、前記算出された時刻と前記基準位置の前記南中時刻との時間差を算出し、この算出された前記時間差に略対応する経度に基づいて測定場所の詳細経度を算出することを特徴とする位置検出方法。
【請求項６】
請求項２〜４のいずれかに記載の位置・傾斜検出装置を用い、画像読取手段を地面に沿って載置し、影生成手段を垂直に設定し、前記影生成手段の影を画像読取手段で読み取り、画像処理手段により前記影が最短となったとき、前記最短の影の長さＡを求め、前記緯度・経度情報蓄積手段に蓄積された節季による緯度と日南中高度の関係情報から、測定時の節季と測定場所の緯度に略対応する前記日南高度に基づいて前記測定場所の詳細日南高度を前記算出手段により算出し、前記詳細日南高度と前記影生成手段の長さから算出手段により前記影生成手段を水平に設定した場合の最短の影の長さＢを算出し、前記最短の影の長さＡ、Ｂと前記詳細日南高度から測定場所の地面の傾斜を算出することを特徴とする傾斜検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、イメージセンサ等を用い、比較的安価に位置・傾斜を特定することができる位置・傾斜検出装置及び位置検出方法と傾斜検出方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の飛翔体の飛翔挙動測定方法は、カメラで所定の時間露光して露光開始時から露光終了時までの飛翔体の飛翔軌跡を撮影し、この撮影された撮影画像内の飛翔軌跡中の露光開始時の飛翔体の輪郭および露光終了時の飛翔体の輪郭から、飛翔体の露光開始時の第１の重心位置と露光終了時の第２の重心位置を検出し、検出された第１の重心位置、前記第２の重心位置、および、カメラによる撮影時の露光時間を少なくとも用いて、飛翔体の飛翔パラメータを算出している（例えば、特許文献１）。
【０００３】
また、従来の位置検出装置においては、利用者が携帯する位置検出端末は、屋外に在るときにはＧＰＳ 衛星から位置関連情報(緯度・経度データ、時刻データなど)を含むＧＰＳ 信号を受信し、受信した信号に含まれる位置関連情報に基づいて現在位置を検出する。屋内にあるときには、端末は、適所に設置される位置ＩＤ発信器から位置ＩＤ(設置場所を一意に識別できる識別子)を含む赤外線を受信し、受信した赤外線に含まれる位置ＩＤに基づいて現在位置を検出する。端末は、ＧＰＳ 信号と赤外線の両方の信号を受信できるエリアにあるときは、優先的に赤外線を受けて現在位置を検出している（例えば、特許文献２）。
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−２０２３１７（段落００１５〜００４１、図１〜図６）
【特許文献２】特開２０００−１１１６４８（段落００１０〜００２０、図１〜図４）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
近年の電子機器では、ＣＣＤ画素パネルなどによるイメージセンサやカメラを用いて、静止画、動画などをデジタル信号として取り込み各種の制御を行うことが一般的となった。このような応用において、従来の飛翔体の飛翔挙動測定方法（特許文献１）は、カメラで外界の情報を画像として取り込み、デジタル信号として必要な情報を抽出・加工し、飛翔体の飛翔パラメータを算求めて飛翔挙動測定を行っているが、高価なカメラ、制御装置等が必要であり、装置の価格を上げてしまうという問題があった。
【０００６】
また、従来の位置検出装置（特許文献２）では、位置検出の専用の装置が必要であり、ＧＰＳ衛星から位置関連情報に基づいて現在位置を検出しており、容易に位置情報を獲得することができるものの、ＧＰＳ信号受信部等が必要であり、装置の価格を上げてしまうという問題があった。
【０００７】
この発明は、かかる問題を解決するためになされたもので、汎用の画像読取手段を用いて、比較的安価に位置・傾斜を特定することができる位置・傾斜検出装置及び位置検出方法と傾斜検出方法を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明に係る位置・傾斜検出装置は、前述の課題を解決するために、太陽光による影を生成する影生成手段と、この影生成手段により生成された影を画像として読取る画像読取手段と、この画像読取手段から画像処理を行う画像処理手段と、季節、時刻、太陽高度及び緯度・経度の相関情報を蓄積する緯度・経度情報蓄積手段と、時刻情報を入手する時刻情報手段と、画像読取手段、緯度・経度情報手段及び時刻情報手段の出力に基づいて位置・傾斜を算出する算出手段と、を備え、影生成手段の影が最短となったことき、影の長さと時刻を読み取り、最短の影の長さと影生成手段の長さから測定場所の日南高度を算出し、緯度・経度情報蓄積手段に蓄積された緯度と日南中高度の関係情報に基づいて測定場所の緯度を算出し、基準位置の南中時刻及び基準位置の南中時刻と測定場所の時刻の時間差と経度の関係情報から経度を算出するものである。
【発明の効果】
【０００９】
以上のようにこの発明によれば、太陽光による影を生成する影生成手段と、この影生成手段により生成された影を画像として読取る画像読取手段と、この画像読取手段から画像処理を行う画像処理手段と、季節、時刻、太陽高度及び緯度・経度の相関情報を蓄積する緯度・経度情報蓄積手段と、時刻情報を入手する時刻情報手段と、画像読取手段、緯度・経度情報手段及び時刻情報手段の出力に基づいて位置・傾斜を算出する算出手段と、を備えたので、汎用の画像読取手段を用いて、比較的安価に位置・傾斜を検出することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１を示す位置・傾斜検出装置の構成図、図２は位置・傾斜検出装置による位置検出方法のフローチャートである。
図１に示すように、位置・傾斜検出装置（ノード）８において、太陽光（日光）による影を生成する影生成手段である棒１は、棒１の影３を画像として読取る画像読取手段であるイメージセンサ（例えばＣＣＤ画像パネル）２に鉛直に配設され、イメージセンサ２は地面に対して水平にセットされる。イメージセンサ２の出力の画像処理を行う画像処理手段であるイメージ処理部５接続される。
時刻情報を入手する時刻情報手段である時計部４、季節、時刻、太陽高度及び緯度・経度の相関情報を蓄積する緯度・経度情報蓄積手段である理科データ部６及びイメージ処理部５の出力は算出手段である処理部７に接続される。なお、イメージセンサ２は一般に使用される汎用のものである。
【００１１】
理科データ部６に蓄積されるデータは、例えば、国立天文台編「理科年表」（丸善発行）の暦部の「各地の日南中高度」、「各地の太陽、月の出入、南中推算表」の中の太陽の「南中推算表」及び「太陽」の「東京、中央標準時」を蓄積したものである。日南中高度（仰角）は北緯２０°〜５０°（５°毎）に各々対応した夏至、立夏・立秋、春分・秋分、冬至の日南中高度データ及び、南中推算表は東経１２０°〜１３３°（１°毎）に各々対応した太陽の南中の補助数のデータである。なお、このデータは各年度毎のデータが蓄積される。
【００１２】
次に、位置・傾斜検出装置による位置の検出方法を図１、図２により説明する。
まず、位置・傾斜検出装置８を用い、日本周辺の測定場所における緯度を求めるには、イメージセンサ２を水平にし、棒１をイメージセンサ２に対して鉛直に設定する。そして、棒１の影３をイメージセンサ２で読み取り（ステップＳ１）、イメージ処理部５により影が最短となったことき（ステップＳ２）、影３の長さを求めると同時に、このときの時刻を時計部４から読み取る（ステップＳ３）。次に、最短の影の長さと棒１の長さから処理部７で測定場所の日南高度を算出する（ステップＳ４）。
【００１３】
一方、理科データ部６に蓄積された「各地の日南中高度」は夏至、立夏・秋分、立春・立冬、冬至の８つの節季のみに対応する緯度データなので、観測日が理科データ部６に蓄積された「各地の日南中高度」の８つの節季に該当するかどうかを調べ（ステップＳ５）、該当すれば、観測日の日南中高度を各緯度について特定する（ステップＳ６）。ステップＳ５で該当しなければ、観測日の日南中高度を各緯度について、処理部７で観測日を挟む隣接の節季の日南中高度から比例配分で算出する（ステップＳ７）。
【００１４】
次に、ステップＳ６、または、ステップＳ７で求めた日南中高度の中から、算出した日南高度を挟む隣接した日南高度を選択する（ステップＳ８）。そして、選択した日南高度から概略緯度を特定する（ステップＳ９）。理科データ部６に蓄積された「各地の日南中高度」の緯度は５°間隔であるのでここでは概略緯度となる。
次に、ステップＳ９で特定した概略緯度、ステップＳ８で選択した日南高度、ステップＳ４で算出した日南高度から、処理部７で詳細緯度を比例配分により算出する（ステップＳ１０）
【００１５】
次に、経度を算出するには、理科データ部６の「太陽」の「東京、中央標準時」から観測日の旧東京天文台の南中時刻を特定し（ステップＳ１１）、特定した旧東京天文台の南中時刻とステップＳ３で影の長さが最短となった時刻との時間差を処理部７で算出する（ステップＳ１２）。
【００１６】
理科データ部６の「南中推算表」から算出した時間差を挟む隣接した時間差に対応する概略経度を特定し（ステップＳ１３）、ステップＳ１３で算出した概略経度、ステップＳ１１で特定した時刻、ステップＳ１２で算出した時間差から詳細経度を算出する（ステップＳ１４）。
【００１７】
次に、位置の検出の具体例について説明する。
平成２年１月１日に、位置・傾斜検出装置を根室に設置したとする。棒１の長さを５ｃｍとする。棒１の影３をイメージセンサ２で読み取り（ステップＳ１）、イメージ処理部５により影が最短となったことき（ステップＳ２）、影３の長さを求めると同時に、このときの時刻を時計部４から読み取り、日南中時における影の長さが１０．８ｃｍ、南中時刻が１１時２０分であった。
【００１８】
まず、緯度の算出を行う。最短の影の長さ１０．８ｃｍと棒１の長さ５ｃｍから処理部７で測定場所の日南高度が次のように算出される（ステップＳ４）。
【００１９】
すなわち、目南中高度＝Ａｒｃ・ｔａｎ（棒の長さ／影の長さ）
＝Ａｒｃ・ｔａｎ（５．０／１０．８）
＝２４．９度となる。
【００２０】
一方、理科データ部６に蓄積された「各地の日南中高度」は夏至、立夏・秋分、立春・立冬、冬至の８つの節季のみに対応する緯度データなので、観測日が理科データ部６に蓄積された「各地の日南中高度」の８つの節季に該当するかどうかを調べ（ステップＳ５）、該当すれば、観測日の日南中高度を各緯度について特定する（ステップＳ６）。ステップＳ５で該当しなければ、観測日の日南中高度を各緯度について、処理部７で観測日を挟む隣接の節季の日南中高度から比例配分で算出する（ステップＳ７）。
【００２１】
一方、各緯度に対応する日南中高度は、理科データ部６に蓄積された理科年表の「各地の日南中高度」より、１月１日の目南中高度は、冬至（１２月２２日）と立春（２月４日）の日南中高度より求められ、そのときの算式は、
１月１日の目南中高度
＝冬至における日南中高度＋（（１月１日−冬至の日）／（立春の日−冬至の日）×（立春における緯度−冬至における緯度））
であり、例えば北緯４０度、４５度における１月１日の目南中高度は次のように求められる。
【００２２】
北緯４０度における１月１日の目南中高度
＝２６．６度＋（（１月１日−１２月２２日）／（２月４日−１２月２２日））×（３３．７度−２６．６度）＝２６．６度＋（（１０日）／（４４日））×（７．１度）
＝２８．２度
北緯４５度における１月１日の日南中高度
＝２１．６度＋（（１月１日−１２月２２日）／（２月４日−１２月２２日））×（２８．７度−２１．６度）
＝２３．２度
北緯５０度における１月１日の日南中高度
＝１６．６度＋（（１月１日−１２月２２日）／（２月４日−１２月２２日））×（２３．７度−１６．６度）
＝１８．２度
【００２３】
次に、上記のように求められた緯度に対応した日南中高度の中から、算出した日南高度を挟む隣接した日南高度を選択されるが、北緯４５度における目南中高度＜２４．９度＜北緯４０度における目南中高度であることより、根室は北緯４０度と４５度の間に位置することが特定される。
【００２４】
次に、詳細緯度は次の算式で算出される。
北緯４０度〜４５度の任意の地点での緯度
＝北緯４０度＋（（北緯４高度−北緯４０度）／（北緯４５度における１月１日の目南中高度−北緯４０度における１月１日の目南中高度））×（測定した１月１日の目南中高度−北緯４０度における１月１日の日南中高度）
＝北緯４０度＋（（５度）／（２３．２度−２８．２度））×（２４．９度−２８．２度）＝北緯４３．３度
このように、根室における１月１日の緯度は、北緯４３．８度と算出される。
【００２５】
次に、経度の検出を行う。まず、理科データ部６の「太陽」の「東京、中央標準時」から平成２年１月１日の旧東京天文台の日南中時刻は１１時４４分と特定される。そして、この時刻と影の長さが最短となった時刻から、
日南中の時間差は１１時２０分−１１時４４分＝−２４分と算出される。
【００２６】
次に、理科データ部６の「南中推算表」から算出された時間差の−２４分を挟む隣接した時間差に対応する概略経度は１４５度と１４６度の間と特定され、これから比例配分により、東経１４５．７度が算出される。
このように、検出位置は北緯４３．３度、東経１４６．７度となる。
【００２７】
以上のように、本実施の形態によれば、位置情報を検出する専用の機器を用いずに、汎用のイメージセンサ２等どの機器が本来持っている機能を代用することにより、比較的安価に、位置情報を獲得することができる。
また、概略緯度、経度を求めてから比例配分による詳細緯度、経度を算出するようにして理科データ部６の容量等を少なくして安価なものとすることができる。
【００２８】
なお、棒１の代わりに、図３に示すような穴を有する板状部材か、図４に示すような板状部材（壁）でもよい。
イメージセンサ２と棒１が必ずしも直接結合している必要がないので、装置構成に自由度を持たせることができ、組立てや取り外しを容易にすることができる。
棒１の全体がイメージセンサ２に写らなくてもよく、また、穴を有する板状部材の場合は、イメージセンサ２と平行で、かつ、上部に設置し、あらかじめ穴とイメージセンサ２の垂直距離を定めておく。また、垂直に立てた板状部材の場合は、頭頂部の影がイメージセンサ２に投影されるようにする必要がある。
【００２９】
実施の形態２．
本実施の形態は、実施の形態１に示した位置・傾斜検出装置により、位置・傾斜検出装置が設置された場所の傾斜を検出するものである。
図５は位置・傾斜検出装置による傾斜検出方法のフローチャートである。
【００３０】
位置・傾斜検出装置は実施の形態１と同じであり、構成の説明は省略し、図５により傾斜検出方法について説明する。なお、観測地の緯度、経度は既知のもとしている。
まず、イメージセンサ２を地面の傾斜に沿って設置し、棒１を垂直に設定する。そして、棒１の影３をイメージセンサ２で読み取り（ステップＳ２１）、イメージ処理部５により影が最短となったことき（ステップＳ２２）、影３の長さＢを求める（ステップＳ２３）。
【００３１】
一方、観測日が理科データ部６に蓄積された「各地の日南中高度」の８つの節季に該当するかどうかを調べ（ステップＳ２４）、該当すれば、観測日の日南中高度を各緯度について特定する（ステップＳ２５）。ステップＳ２４で該当しなければ、観測日の日南中高度を各緯度について、処理部７で観測日を挟む隣接の節季の日南中高度から比例配分で算出する（ステップＳ２６）。
【００３２】
次に、観測地の緯度を挟む隣接した緯度をステップＳ２５、または、ステップＳ２６の緯度と日南中高度のデータから選択する（ステップＳ２７）。そして、選択した概略緯度に対応した日南高度を特定する（ステップＳ２８）。
次に、ステップＳ２７で選択した概略緯度、観測地の詳細緯度、ステップＳ２８で特定した日南高度から、処理部７で詳細日南中高度を比例配分により算出する（ステップＳ２９）
【００３３】
次に、詳細日南高度と棒１の長さからイメージセンサが水平のときの
最短の影の長さＡを算出する（ステップＳ３０）。そして、影の長さＡ、Ｂと詳細日南高度から測定場所の地面の傾斜を算出する（ステップＳ３１）。
【００３４】
以上のように、本実施の形態によれば、傾斜情報を検出する専用の機器を用いずに、イメージセンサ２等の機器が本来持っている機能を代用することにより、比較的安価に、傾斜情報を獲得することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】この発明の実施の形態１を示す位置・傾斜検出装置の構成図である。
【図２】この発明の実施の形態１を示す位置・傾斜検出装置による位置検出方法のフローチャートである。
【図３】この発明の実施の形態１を示す位置・傾斜検出装置の影生成手段の構成図である。
【図４】この発明の実施の形態１を示す位置・傾斜検出装置の影生成手段の構成図である。
【図５】この発明の実施の形態２を示す位置・傾斜検出装置による傾斜検出方法のフローチャートである。
【符号の説明】
【００３６】
１  棒、２  イメージセンサ、３  影、４  時計部、５  イメージ処理部、６  理科データ部、７  処理部。
【図１】
2005121533.tif 000003
【図２】
2005121533.tif 000004
【図３】
2005121533.tif 000005
【図４】
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【図５】
2005121533.tif 000007